Καθημερινή μεταβολή της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους. Θερμοκρασία εδάφους Η μέγιστη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους παρατηρείται για περίπου ώρες

Η θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους έχει μια ημερήσια διακύμανση. Το ελάχιστο του παρατηρείται περίπου μισή ώρα μετά την ανατολή του ηλίου. Μέχρι αυτή τη στιγμή, η ισορροπία ακτινοβολίας της επιφάνειας του εδάφους γίνεται ίση με το μηδέν - η μεταφορά θερμότητας από το ανώτερο στρώμα του εδάφους με αποτελεσματική ακτινοβολία εξισορροπείται από την αυξημένη εισροή συνολικής ακτινοβολίας. Η ανταλλαγή θερμότητας χωρίς ακτινοβολία αυτή τη στιγμή είναι αμελητέα.

Στη συνέχεια, η θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους αυξάνεται έως και 13-14 ώρες και φτάνει στο μέγιστο στον ημερήσιο κύκλο. Μετά από αυτό, η θερμοκρασία αρχίζει να πέφτει. Το ισοζύγιο ακτινοβολίας τις απογευματινές ώρες και μέχρι το βράδυ παραμένει θετικό. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της ημέρας, η θερμότητα απελευθερώνεται από το ανώτερο στρώμα του εδάφους στην ατμόσφαιρα όχι μόνο μέσω αποτελεσματικής ακτινοβολίας, αλλά και μέσω της αυξημένης θερμικής αγωγιμότητας, καθώς και της αυξημένης εξάτμισης του νερού. Η μεταφορά θερμότητας στο βάθος του εδάφους συνεχίζεται επίσης. Αυτές οι απώλειες θερμότητας αποδεικνύονται πολύ μεγαλύτερες από την εισροή ακτινοβολίας· ως εκ τούτου, η θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους πέφτει από 13–14 ώρες στην ελάχιστη πρωινή.

Η διαφορά μεταξύ της ημερήσιας μέγιστης και της ημερήσιας ελάχιστης θερμοκρασίας ονομάζεται ημερήσιο πλάτος θερμοκρασίας.

Στην περιοχή της Μόσχας, σύμφωνα με τον S.P. Khromov και M.A. Petrosyants (2004), στο χειμερινούς μήνεςη μακροπρόθεσμη μέση ημερήσια περιοχή θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους (χιόνι) είναι 5–10°С, το καλοκαίρι είναι 10–20°С. Σε ορισμένες ημέρες, τα ημερήσια πλάτη μπορεί να είναι υψηλότερα και χαμηλότερα από τους μακροπρόθεσμους μέσους όρους, ανάλογα με έναν αριθμό παραγόντων, κυρίως τη νεφελότητα. Σε καιρό χωρίς σύννεφα, η ηλιακή ακτινοβολία είναι υψηλή κατά τη διάρκεια της ημέρας και η αποτελεσματική ακτινοβολία τη νύχτα είναι επίσης υψηλή. Επομένως, το ημερήσιο (ημέρα) μέγιστο είναι ιδιαίτερα υψηλό και το ημερήσιο (νυχτερινό) ελάχιστο είναι χαμηλό και, κατά συνέπεια, το ημερήσιο εύρος είναι μεγάλο. Σε συννεφιασμένο καιρό, το μέγιστο κατά τη διάρκεια της ημέρας μειώνεται, το ελάχιστο για τη νύχτα αυξάνεται και το ημερήσιο εύρος είναι μικρότερο.

Η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους φυσικά αλλάζει και κατά τη διάρκεια του έτους. Στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, το ετήσιο πλάτος του (η διαφορά μεταξύ των μακροπρόθεσμων μέσων θερμοκρασιών των θερμότερων και ψυχρότερων μηνών του έτους) είναι μικρό και αυξάνεται με το γεωγραφικό πλάτος. Στο βόρειο ημισφαίριο σε γεωγραφικό πλάτος 10° είναι περίπου 3°C, σε γεωγραφικό πλάτος 30° περίπου 10°C και σε γεωγραφικό πλάτος 50° είναι περίπου 25°C κατά μέσο όρο.

Σε εξωτροπικά γεωγραφικά πλάτη, οι μη περιοδικές αλλαγές στη θερμοκρασία του αέρα είναι τόσο συχνές και σημαντικές που η ημερήσια μεταβολή της θερμοκρασίας εκδηλώνεται ξεκάθαρα μόνο σε περιόδους σχετικά σταθερού, ελαφρώς συννεφιασμένου αντικυκλωνικού καιρού. Τον υπόλοιπο χρόνο επισκιάζεται από μη περιοδικές αλλαγές, οι οποίες μπορεί να είναι πολύ έντονες. Για παράδειγμα, ψύξη το χειμώνα, όταν η θερμοκρασία οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας μπορεί να πέσει (σε ​​ηπειρωτικές συνθήκες) κατά 10–20°C μέσα σε μία ώρα.

Στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, οι μη περιοδικές αλλαγές θερμοκρασίας είναι λιγότερο σημαντικές και δεν διαταράσσουν τόσο πολύ την ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας.

Οι μη περιοδικές μεταβολές της θερμοκρασίας συνδέονται κυρίως με την έλξη αέριων μαζών από άλλες περιοχές της Γης. Ιδιαίτερα σημαντικά γεγονότα ψύξης (μερικές φορές ονομάζονται ψυχρά κύματα) συμβαίνουν σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτηλόγω εισβολών ψυχρών αέριων μαζών από την Αρκτική και την Ανταρκτική. Στην Ευρώπη, έντονη χειμερινή ψύξη συμβαίνει επίσης όταν εισχωρούν ψυχρές αέριες μάζες από τα ανατολικά και μέσα Δυτική Ευρώπηαπό το ευρωπαϊκό έδαφος της Ρωσίας. Οι ψυχρές αέριες μάζες διεισδύουν μερικές φορές στη λεκάνη της Μεσογείου και φτάνουν ακόμη και στη Βόρεια Αφρική και τη Μικρά Ασία. Αλλά πιο συχνά παραμονεύουν μπροστά από τις οροσειρές της Ευρώπης, που βρίσκονται σε γεωγραφική κατεύθυνση, ειδικά μπροστά από τις Άλπεις και τον Καύκασο. Να γιατί κλιματικές συνθήκεςΗ λεκάνη της Μεσογείου και η Υπερκαύκασος ​​διαφέρουν σημαντικά από τις συνθήκες κοντινών, αλλά πιο βόρειων περιοχών.

Στην Ασία κρύος αέραςδιεισδύει ελεύθερα στις οροσειρές που περιορίζουν την επικράτεια των δημοκρατιών της Κεντρικής Ασίας από τα νότια και τα ανατολικά, έτσι οι χειμώνες στην πεδιάδα του Τουράν είναι αρκετά κρύοι. Αλλά τέτοιες οροσειρές όπως το Παμίρ, το Τιέν Σαν, το Αλτάι, το Θιβετιανό Οροπέδιο, για να μην αναφέρουμε τα Ιμαλάια, αποτελούν εμπόδια για την περαιτέρω διείσδυση ψυχρών μαζών αέρα προς τα νότια. Σε σπάνιες περιπτώσεις, παρατηρείται σημαντική συνεπής ψύξη, ωστόσο, στην Ινδία: στο Παντζάμπ, κατά μέσο όρο, κατά 8–9 ° C και τον Μάρτιο του 1911 η θερμοκρασία έπεσε κατά 20 ° C. Ψυχρός όγκος ρέει γύρω από τις οροσειρές από τα δυτικά. Πιο εύκολο και πιο συχνά, ο κρύος αέρας διεισδύει στη νοτιοανατολική Ασία χωρίς να συναντά σημαντικά εμπόδια στην πορεία (S.P. Khromov και M.A. Petrosyants).

Δεν υπάρχουν γεωγραφικές οροσειρές στη Βόρεια Αμερική. Ως εκ τούτου, οι ψυχρές μάζες του αέρα της Αρκτικής μπορούν να εξαπλωθούν ανεμπόδιστα στη Φλόριντα και στον Κόλπο του Μεξικού.

Πάνω από τους ωκεανούς, εισβολές ψυχρών μαζών αέρα μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στους τροπικούς. Φυσικά, ο κρύος αέρας θερμαίνεται σταδιακά πάνω από το ζεστό νερό, αλλά εξακολουθεί να προκαλεί αισθητή πτώση της θερμοκρασίας.

Εισβολές θαλασσινός αέραςαπό τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη του Ατλαντικού Ωκεανού μέχρι την Ευρώπη δημιουργούν θέρμανση το χειμώνα και ψύξη το καλοκαίρι. Όσο πιο μακριά στα βάθη της Ευρασίας, τόσο μειώνεται η συχνότητα των αέριων μαζών του Ατλαντικού και τόσο περισσότερο αλλάζουν οι αρχικές τους ιδιότητες στην ηπειρωτική χώρα. Ωστόσο, ο αντίκτυπος των εισβολών από τον Ατλαντικό στο κλίμα μπορεί να εντοπιστεί μέχρι το Οροπέδιο της Κεντρικής Σιβηρίας και την Κεντρική Ασία.

Ο τροπικός αέρας εισβάλλει στην Ευρώπη τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι από τη Βόρεια Αφρική και από τα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη του Ατλαντικού. Το καλοκαίρι, οι αέριες μάζες πλησιάζουν σε θερμοκρασία με τις μάζες αέρα των τροπικών περιοχών και επομένως ονομάζονται επίσης τροπικός αέρας σχηματίζονται στη νότια Ευρώπη ή έρχονται στην Ευρώπη από το Καζακστάν και την Κεντρική Ασία. Τροπικές εισβολές αέρα από τη Μογγολία, τη βόρεια Κίνα, από τις νότιες περιοχές του Καζακστάν και από τις ερήμους της Κεντρικής Ασίας παρατηρούνται στην ασιατική επικράτεια της Ρωσίας το καλοκαίρι.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, ισχυρές αυξήσεις της θερμοκρασίας (έως +30°C) κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών εισβολών τροπικού αέρα επεκτείνονται στον Άπω Βορρά της Ρωσίας.

ΣΤΟ Βόρεια Αμερικήτροπικός αέρας εισβάλλει τόσο από τον Ειρηνικό όσο και από τον Ατλαντικό ωκεανό, ειδικά από τον Κόλπο του Μεξικού. Στην ίδια την ηπειρωτική χώρα, σχηματίζονται τροπικές αέριες μάζες πάνω από το Μεξικό και τις νότιες Ηνωμένες Πολιτείες.

Ακόμα και στην περιοχή Βόρειος πόλοςη θερμοκρασία του αέρα το χειμώνα ανεβαίνει μερικές φορές στο μηδέν ως αποτέλεσμα της έλξης από εύκρατα γεωγραφικά πλάτη και η θέρμανση μπορεί να εντοπιστεί σε όλη την τροπόσφαιρα.

Πίνακας περιεχομένων
Κλιματολογία και μετεωρολογία
ΔΙΔΑΚΤΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ
Μετεωρολογία και Κλιματολογία
Ατμόσφαιρα, καιρός, κλίμα
Μετεωρολογικές παρατηρήσεις
Εφαρμογή καρτών
Μετεωρολογική Υπηρεσία και Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός (WMO)
Διαδικασίες διαμόρφωσης κλίματος
Αστρονομικοί παράγοντες
Γεωφυσικοί παράγοντες
Μετεωρολογικοί παράγοντες
Σχετικά με την ηλιακή ακτινοβολία
Θερμική και ακτινοβολική ισορροπία της Γης
άμεση ηλιακή ακτινοβολία
Αλλαγές στην ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα και στην επιφάνεια της γης
Φαινόμενα Σκέδασης Ακτινοβολίας
Ολική ακτινοβολία, ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία, απορροφούμενη ακτινοβολία, PAR, γήινο άλμπεδο
Ακτινοβολία της επιφάνειας της γης
Αντι-ακτινοβολία ή αντι-ακτινοβολία
Ισορροπία ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης
Γεωγραφική κατανομή του ισοζυγίου ακτινοβολίας
Ατμοσφαιρική πίεση και βαρικό πεδίο
συστήματα πίεσης
διακυμάνσεις πίεσης
Επιτάχυνση αέρα λόγω βαρικής κλίσης
Η δύναμη εκτροπής της περιστροφής της Γης
Γεωστροφικός και βαθμωτός άνεμος
νόμος του βαρικού ανέμου
Μέτωπα στην ατμόσφαιρα
Θερμικό καθεστώς της ατμόσφαιρας
Θερμική ισορροπία της επιφάνειας της γης
Ημερήσια και ετήσια μεταβολή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους
Θερμοκρασίες μάζας αέρα
Ετήσιο εύρος θερμοκρασίας αέρα
Ηπειρωτικό κλίμα
Συννεφιά και βροχόπτωση
Εξάτμιση και κορεσμός
Υγρασία
Γεωγραφική κατανομή της υγρασίας του αέρα
ατμοσφαιρική συμπύκνωση
σύννεφα
Διεθνής ταξινόμηση σύννεφων
Συννεφιά, ημερήσια και ετήσια διακύμανσή της
Κατακρήμνιση από σύννεφα (ταξινόμηση βροχοπτώσεων)
Χαρακτηριστικά του καθεστώτος βροχοπτώσεων
Η ετήσια πορεία των βροχοπτώσεων
Κλιματική σημασία της χιονοκάλυψης
Ατμοσφαιρική χημεία
Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης
Χημική σύνθεση των νεφών
Χημική σύνθεση της κατακρήμνισης
Οξύτητα υετού

Διάλεξη 4

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ

Η ενέργεια ακτινοβολίας στο ενεργό στρώμα μετατρέπεται σε θερμότητα. Με θετικό ισοζύγιο ακτινοβολίας (ημέρα, καλοκαίρι), μέρος αυτής της θερμότητας δαπανάται για τη θέρμανση του ενεργού στρώματος, μέρος για τη θέρμανση του επιφανειακού αέρα, των φυτών και μέρος για την εξάτμιση του νερού από το έδαφος και τα φυτά. Όταν το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι αρνητικό (τη νύχτα, το χειμώνα), το κόστος θερμότητας που σχετίζεται με την αποτελεσματική ακτινοβολία της ενεργής επιφάνειας αντισταθμίζεται από την εισροή θερμότητας από το ενεργό στρώμα, από τον αέρα, μέρος της θερμότητας απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της συμπύκνωση (εξάχνωση) υδρατμών στην ενεργή επιφάνεια. Αυτή η είσοδος και έξοδος ενέργειας στην ενεργή επιφάνεια εκφράζεται με την εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας:

B=A+P+LE

όπου Β είναι το ισοζύγιο ακτινοβολίας της ενεργού επιφάνειας. Α είναι η ροή θερμότητας μεταξύ της ενεργής επιφάνειας και των υποκείμενων στρωμάτων. P είναι η ροή θερμότητας μεταξύ της επιφάνειας και του στρώματος του εδάφους του αέρα. LE - ροή θερμότητας που σχετίζεται με μετασχηματισμούς φάσης του νερού (εξάτμιση - συμπύκνωση).

Άλλα συστατικά του ισοζυγίου θερμότητας της επιφάνειας της γης (ροές θερμότητας από αιολική ενέργεια, παλίρροιες, κατακρημνίσεις, κατανάλωση ενέργειας για φωτοσύνθεση κ.λπ.) είναι πολύ λιγότερα από τα προαναφερθέντα μέλη ισορροπίας, επομένως μπορούν να αγνοηθούν.

Η έννοια της εξίσωσης είναι να εξισορροπηθεί η ισορροπία ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης με τη μεταφορά θερμότητας χωρίς ακτινοβολία.

Ημερήσια και ετήσια διακύμανση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους

Το γεγονός ότι το ισοζύγιο θερμότητας της επιφάνειας της γης είναι μηδέν δεν σημαίνει ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας δεν αλλάζει. Όταν η μεταφορά θερμότητας κατευθύνεται προς τα κάτω (+A), τότε ένα σημαντικό μέρος της θερμότητας που έρχεται στην επιφάνεια από πάνω παραμένει στο ενεργό στρώμα. Η θερμοκρασία αυτού του στρώματος και, κατά συνέπεια, της ενεργής επιφάνειας αυξάνεται επίσης. Αντίθετα, όταν η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της επιφάνειας της γης από κάτω προς τα πάνω (-Α), η θερμότητα στην ατμόσφαιρα φεύγει κυρίως από το ενεργό στρώμα, με αποτέλεσμα να μειώνεται η θερμοκρασία της επιφάνειας.

Η ημερήσια θέρμανση και η νυχτερινή ψύξη της επιφάνειας του εδάφους προκαλούν καθημερινές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του. καθημερινό μάθημαη θερμοκρασία συνήθως έχει μία μέγιστη και μία ελάχιστη. Η ελάχιστη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους σε καθαρό καιρό παρατηρείται πριν από την ανατολή του ηλίου, όταν το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι ακόμα αρνητικό και η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ αέρα και εδάφους είναι αμελητέα. Με την ανατολή του Ήλιου, καθώς αυξάνεται το ισοζύγιο ακτινοβολίας, αυξάνεται η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους. Η μέγιστη θερμοκρασία παρατηρείται περίπου στις 13:00, στη συνέχεια η θερμοκρασία αρχίζει να μειώνεται.

Σε ορισμένες ημέρες, η ενδεικνυόμενη ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του εδάφους διαταράσσεται υπό την επίδραση νεφών, βροχοπτώσεων και άλλων παραγόντων. Σε αυτήν την περίπτωση, το μέγιστο και το ελάχιστο μπορούν να μετατοπιστούν σε άλλη στιγμή.

Η διαφορά μεταξύ του μέγιστου και του ελάχιστου σε ένα ημερήσιο ή ετήσιο μάθημα ονομάζεται πλάτος της πορείας της θερμοκρασίας.

Σχετικά με το πλάτος της ημερήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφουςεπηρεάζεται από τους ακόλουθους παράγοντες:

εποχή : το καλοκαίρι το πλάτος είναι το μεγαλύτερο, το χειμώνα - το μικρότερο.

γεωγραφικό πλάτος : το πλάτος σχετίζεται με το μεσημεριανό ύψος του Ήλιου, το οποίο αυξάνεται κατά την κατεύθυνση από τον πόλο προς τον ισημερινό, επομένως, στις πολικές περιοχές, το πλάτος είναι ασήμαντο και σε τροπικές ερήμους, όπου, επιπλέον, η αποτελεσματική ακτινοβολία είναι υψηλή, φτάνει τους 50 ... 60 0С;

έδαφος : σε σύγκριση με την πεδιάδα, οι νότιες πλαγιές θερμαίνονται πιο έντονα, οι βόρειες είναι πιο αδύναμες και οι δυτικές είναι κάπως ισχυρότερες από τις ανατολικές και το πλάτος επίσης αλλάζει ανάλογα.

βλάστηση και χιονοκάλυψη : το εύρος του ημερήσιου κύκλου κάτω από αυτά τα καλύμματα είναι μικρότερο από ό,τι στην απουσία τους, καθώς μειώνουν τη θέρμανση και την ψύξη της επιφάνειας του εδάφους.

χρώμα εδάφους : το πλάτος της ημερήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας των σκοτεινών εδαφών είναι μεγαλύτερο από αυτό των ελαφρών εδαφών, καθώς η απορρόφηση και η εκπομπή ακτινοβολίας στα πρώτα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στα δεύτερα.

κατάσταση της επιφάνειας : τα χαλαρά εδάφη έχουν μεγαλύτερο πλάτος από τα πυκνά. Σε πυκνά εδάφη, η απορροφούμενη θερμότητα εξαπλώνεται βαθύτερα και σε χαλαρά εδάφη παραμένει στο ανώτερο στρώμα, οπότε τα τελευταία θερμαίνονται περισσότερο.

υγρασία εδάφους : στην επιφάνεια των υγρών εδαφών, το πλάτος είναι μικρότερο από ό,τι στην επιφάνεια των ξηρών. σε υγρά εδάφη, η απορροφούμενη θερμότητα, όπως και στα πυκνά εδάφη, εξαπλώνεται βαθύτερα και μέρος της θερμότητας δαπανάται στην εξάτμιση, με αποτέλεσμα να θερμαίνονται λιγότερο από τα ξηρά.

συννεφιά : σε συννεφιασμένο καιρό, το πλάτος είναι πολύ μικρότερο από ό,τι σε καθαρό καιρό, καθώς η συννεφιά μειώνει την ημερήσια θέρμανση και τη νυχτερινή ψύξη της ενεργής επιφάνειας.

ετήσια πορεία Η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους καθορίζεται από τη διαφορετική άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια του έτους.

Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες στην επιφάνεια του εδάφους παρατηρούνται συνήθως τον Ιανουάριο - Φεβρουάριο, οι υψηλότερες - τον Ιούλιο ή τον Αύγουστο.

Το πλάτος της ετήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους επηρεάζεται από τους ίδιους παράγοντες με το πλάτος της ημερήσιας διακύμανσης, με εξαίρεσηγεωγραφικό πλάτος του τόπου. Το πλάτος της ετήσιας διακύμανσης, σε αντίθεση με την ημερήσια διακύμανση, αυξάνεται με το γεωγραφικό πλάτος.

Θερμοφυσικά χαρακτηριστικά του εδάφους

Υπάρχει μια συνεχής ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ της επιφάνειας του εδάφους και των υποκείμενων στοιβάδων του. Η μεταφορά θερμότητας στο έδαφος πραγματοποιείται κυρίως λόγω της μοριακής θερμικής αγωγιμότητας.

Η θέρμανση και η ψύξη του εδάφους εξαρτώνται κυρίως από τα θερμοφυσικά χαρακτηριστικά του: θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα.

Θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία του εδάφους κατά 1°C. Διάκριση μεταξύ ειδικής και ογκομετρικής θερμοχωρητικότητας.

Ειδική θερμότητα (ΑΠΟ ούτι ) είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 kg εδάφους κατά 1 °C.

Ογκομετρική θερμοχωρητικότητα (ΑΠΟ σχετικά με ) είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση 1 m3 εδάφους κατά 1 ° C.

Η ικανότητα του εδάφους να μεταφέρει θερμότητα από στρώμα σε στρώμα ονομάζεταιθερμική αγωγιμότητα .

Μέτρο της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, η οποία είναι αριθμητικά ίση με την ποσότητα θερμότητας, J, που διέρχεται σε 1 s από τη βάση μιας στήλης εδάφους με διατομή 1 m² και ύψος 1 m.

Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους εξαρτάται κυρίως από την αναλογία της περιεκτικότητας σε αυτόαέρα και νερό .

Από αυτό εξαρτώνται και τα θερμοφυσικά χαρακτηριστικά του εδάφουςπυκνότητα . Με τη μείωση της πυκνότητας, η θερμική ικανότητα και η θερμική αγωγιμότητα των ξηρών εδαφών μειώνονται. Επομένως, τα χαλαρωμένα εδάφη στο αρόσιμο στρώμα είναι θερμότερα κατά τη διάρκεια της ημέρας από τα πυκνά και πιο κρύα τη νύχτα. Επιπλέον, το χαλαρό έδαφος έχει μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια από το πυκνό έδαφος, και επομένως απορροφά περισσότερη ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της ημέρας και εκπέμπει θερμότητα πιο έντονα τη νύχτα.

Μέτρηση θερμοκρασίας και βάθους κατάψυξης του εδάφους

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του εδάφους χρησιμοποιούνται υγρά (υδράργυρος, αλκοόλη, τολουόλιο), θερμοηλεκτρικά, ηλεκτροθερμόμετρα αντίστασης και θερμόμετρα παραμόρφωσης.

επείγον θερμόμετρο Το TM-3, υδράργυρος, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους αυτή τη στιγμή(όρος).

Μέγιστο θερμόμετρο Το TM-1, ο υδράργυρος, χρησιμεύει για τη μέτρηση της υψηλότερης θερμοκρασίας επιφάνειας μεταξύ των παρατηρήσεων.

Το μέγιστο θερμόμετρο διαφέρει από το επείγον στο ότι ένας λεπτός πείρος συγκολλημένος στο κάτω μέρος της δεξαμενής εισέρχεται στο τριχοειδές κανάλι ακριβώς κοντά στη δεξαμενή. Ως αποτέλεσμα, ο υδράργυρος σπάει στο σημείο στένωσης και έτσι καταγράφεται η μέγιστη τιμή θερμοκρασίας για μια δεδομένη χρονική περίοδο.

Ελάχιστο θερμόμετρο Το TM-2, αλκοόλη, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της χαμηλότερης θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους για την περίοδο μεταξύ των περιόδων παρατήρησης. Ένα χαρακτηριστικό της συσκευής αυτού του θερμομέτρου είναι ότι μια μικρή καρφίτσα από σκούρο γυαλί τοποθετείται μέσα στο τριχοειδές. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, το επιφανειακό φιλμ του μηνίσκου κινείται προς τη δεξαμενή και μετακινεί τον πείρο πίσω από αυτό. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αλκοόλη, διαστέλλοντας, ρέει ελεύθερα γύρω από τον πείρο. Το τελευταίο παραμένει στη θέση του, υποδεικνύοντας στο άκρο απομακρυσμένο από τη δεξαμενή την ελάχιστη θερμοκρασία μεταξύ των περιόδων παρατηρήσεων.

Θερμόμετρα αγκώνα (Savinova) TM-5, υδράργυρος, σχεδιασμένος για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του εδάφους κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου σε βάθη 5, 10, 15 και 20 cm.

Θερμόμετρο ανιχνευτή Το AM-6, τολουόλιο, χρησιμοποιείται για μετρήσεις πεδίου της θερμοκρασίας του εδάφους σε βάθη 3...40 cm.

Ηλεκτροθερμόμετρο τρανζίστορ Το TET-2 χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του αρόσιμου στρώματος κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου. Μπορούν επίσης να μετρήσουν τη θερμοκρασία στους σωρούς των ριζικών καλλιεργειών, στις πατάτες, στη μάζα των κόκκων στις εγκοπές.

Μπαστούνι γεωπόνου Το PITT-1 έχει σχεδιαστεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του επιφανειακού εδάφους και τη μέτρηση του βάθους οργώματος. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στη μέτρηση της ωμικής αντίστασης σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία.

Θερμόμετρα εξαγωγής Το TPV-50, υδράργυρος, έχει σχεδιαστεί για να μετράει τη θερμοκρασία του εδάφους σε βάθη 20...320 cm καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε αγροκτήματα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε σωρούς, σιλό κ.λπ.

Πρόσφατα, αναπτύχθηκαν μέθοδοι για τον άνευ επαφής προσδιορισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους από δορυφόρους, αεροσκάφη και ελικόπτερα, οι οποίες καθιστούν δυνατή τη λήψη μέσες τιμές θερμοκρασίας για σημαντικές περιοχές της επιφάνειας της γης.

Μετρητής μόνιμου παγετού Το AM-21 χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του βάθους της κατάψυξης του εδάφους. Αυτή η συσκευή αποτελείται από ένα σωλήνα εβονίτη, στην κορυφή του οποίου εφαρμόζονται διαιρέσεις σε εκατοστά για τον προσδιορισμό του ύψους του καλύμματος χιονιού. Σε αυτόν τον σωλήνα τοποθετείται ένας ελαστικός σωλήνας με διαιρέσεις κατά 1 cm, γεμάτος με απεσταγμένο νερό.

Η θερμοκρασία σύμφωνα με τη Διεθνή Πρακτική Κλίμακα μετριέται σε βαθμούς Κελσίου (°C). Ένας βαθμός αυτής της κλίμακας είναι το 1/100 του διαστήματος μεταξύ των σημείων τήξης του πάγου (0°C) και των σημείων βρασμού του νερού (100°C).

Σημασία της θερμοκρασίας του εδάφους για τα φυτά

Η θερμοκρασία του εδάφους είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες στη ζωή των φυτών. Η βλάστηση των σπόρων, η ανάπτυξη του ριζικού συστήματος, η ζωτική δραστηριότητα της μικροχλωρίδας του εδάφους, η αφομοίωση των προϊόντων ορυκτής διατροφής από τις ρίζες κ.λπ., εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία του εδάφους. Καθώς η θερμοκρασία του εδάφους αυξάνεται, ενεργοποιούνται όλες αυτές οι διαδικασίες. Μια σημαντική μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους οδηγεί στο θάνατο των χειμερινών καλλιεργειών, των πολυετών χόρτων και Οπωροφόρα δέντρα.

Οι σπόροι των περισσότερων γεωργικών καλλιεργειών στη μεσαία ζώνη βλασταίνουν σε θερμοκρασία 3...5 °C, ενώ οι σπόροι όπως το ρύζι, το βαμβάκι κ.λπ. απαιτούν πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες - 13...15 °C.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους στο βέλτιστο, ο ρυθμός βλάστησης των σπόρων αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της διάρκειας της περιόδου από τη σπορά έως τη βλάστηση.

Το καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους επηρεάζει άμεσα τον ρυθμό ανάπτυξης του ριζικού συστήματος. Σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, οι ρυθμοί ανάπτυξης επιδεινώνονται.

Μετά τη βλάστηση, η θερμοκρασία του εδάφους δεν χάνει τη σημασία της για τα φυτά. Αναπτύσσονται και αναπτύσσονται καλύτερα εάν οι ρίζες τους βρίσκονται σε περιβάλλον με ελαφρώς χαμηλότερη (κατά 5 ... 10 ° C) θερμοκρασία σε σύγκριση με τα όργανα πάνω από το έδαφος.

Η θερμοκρασία του εδάφους έχει μεγάλη επίδραση στη ζωτική δραστηριότητα των μικροοργανισμών και, κατά συνέπεια, στην παροχή των φυτών με μεταλλικά στοιχεία διατροφής, στον ρυθμό αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, στη σύνθεση χουμικών ουσιών κ.λπ.

Το καθεστώς θερμοκρασίας καθορίζει τη συσσώρευση κινητών θρεπτικών ουσιών στο έδαφος. Επηρεάζοντας τον ρυθμό κίνησης του νερού και των διαλυτών αλάτων, η θερμοκρασία επηρεάζει τον ρυθμό εισόδου θρεπτικών στοιχείων στα φυτά από το έδαφος και τα εφαρμοζόμενα λιπάσματα. Σε χαμηλές θερμοκρασίες (8 ... 10 ° C), για παράδειγμα, η είσοδος στις ρίζες και η κίνηση από τις ρίζες στα υπέργεια όργανα αζώτου μειώνεται και η κατανάλωσή του για το σχηματισμό οργανικών ενώσεων αζώτου εξασθενεί. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (5 ... 6 ° C και κάτω), η απορρόφηση αζώτου και φωσφόρου από τις ρίζες μειώνεται απότομα. Ταυτόχρονα μειώνεται και η απορρόφηση του καλίου.

Η εξάπλωση και η βλαβερότητα των ασθενειών και των παρασίτων των γεωργικών φυτών σχετίζονται επίσης στενά με το καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους. Σε μια σειρά από θερμόφιλες καλλιέργειες (καλαμπόκι, βαμβάκι), οι ασθένειες των φυταρίων και οι βλάβες της μούχλας στους σπόρους εμφανίζονται σε χαμηλές θερμοκρασίες (κατά τις ψυχρές πηγές), όταν οι θερμικές συνθήκες είναι δυσμενείς για τα φυτά.

Τα παράσιτα των φυτών των οποίων οι προνύμφες βρίσκονται στο έδαφος, ανάλογα με τη θερμοκρασία, μπορούν να προκαλέσουν περισσότερη ή λιγότερη βλάβη.

Η επιφάνεια που θερμαίνεται άμεσα από τις ακτίνες του ήλιου και εκπέμπει θερμότητα στα υποκείμενα στρώματα και τον αέρα ονομάζεται ενεργή επιφάνεια. Η θερμοκρασία της ενεργής επιφάνειας, η τιμή και η μεταβολή της (ημερήσια και ετήσια διακύμανση) καθορίζονται από το θερμικό ισοζύγιο.
Η μέγιστη τιμή σχεδόν όλων των συστατικών του θερμικού ισοζυγίου παρατηρείται τις κοντινές μεσημεριανές ώρες. Εξαίρεση αποτελεί η μέγιστη ανταλλαγή θερμότητας στο έδαφος, η οποία πέφτει τις πρωινές ώρες. Τα μέγιστα πλάτη της ημερήσιας διακύμανσης των συστατικών του ισοζυγίου θερμότητας σημειώνονται στο ΘΕΡΙΝΗ ΩΡΑ, ελάχιστο - το χειμώνα.
Κατά τη διάρκεια της ημερήσιας θερμοκρασίας μιας ξηρής και χωρίς βλάστηση επιφάνειας σε μια καθαρή μέρα, η μέγιστη εμφανίζεται μετά τις 13:00 και η ελάχιστη εμφανίζεται περίπου την ώρα της ανατολής του ηλίου. Η συννεφιά διαταράσσει την κανονική πορεία της επιφανειακής θερμοκρασίας και προκαλεί μετατόπιση στους χρόνους μέγιστης και ελάχιστης. Μεγάλη επιρροήΗ θερμοκρασία της επιφάνειας επηρεάζεται από την υγρασία και τη βλάστηση.
Τα μέγιστα επιφανειακής θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να είναι +80° και άνω (στη νότια Ρωσία +75°). Οι ημερήσιες διακυμάνσεις φτάνουν τους 40°. Η αξία τους εξαρτάται από την εποχή, τη θολότητα, τις θερμικές ιδιότητες της επιφάνειας, το χρώμα, την τραχύτητα, τη βλάστηση και την έκθεση στην κλίση.
Η ετήσια πορεία της θερμοκρασίας του ενεργού στρώματος είναι διαφορετική σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη. Η μέγιστη θερμοκρασία επιφάνειας στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη παρατηρείται συνήθως τον Ιούλιο, η ελάχιστη - τον Ιανουάριο. Πλάτη ετήσιων θερμοκρασιακών διακυμάνσεων της ενεργού επιφάνειας μέσα χαμηλά γεωγραφικά πλάτηπολύ μικρά, στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη στην ξηρά φτάνουν τις 30°. Οι ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας σε εύκρατα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη επηρεάζονται έντονα από την χιονοκάλυψη.
Η κατανομή της θερμότητας στο έδαφος εξαρτάται από μια σειρά από τις ιδιότητές του, και κυρίως από τη θερμοχωρητικότητα και τη θερμική αγωγιμότητα. Λαμβάνοντας την ίδια ποσότητα ηλιακής θερμότητας, το έδαφος θερμαίνεται τόσο πιο αργά, τόσο περισσότερο ογκομετρική θερμοχωρητικότητα.Η ογκομετρική θερμοχωρητικότητα των πετρωμάτων που αποτελούν το έδαφος είναι περίπου δύο φορές μικρότερη από τη θερμοχωρητικότητα του νερού. Η θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 1, ο χαλαζίας - 0,517, ο πηλός - 0,676, ο αέρας - 0,0003.
Η μεταφορά θερμότητας από στρώμα σε στρώμα ελέγχεται από τη θερμική αγωγιμότητα. Τα περισσότερα από τα πετρώματα έχουν χαμηλή θερμική αγωγιμότητα σε (cal)cm * sec deg.):

Η θερμική αγωγιμότητα του νερού είναι 0,00129 cal / cm * sec * deg., Αέρας - 0,000056.
Ο χρόνος αφιερώνεται στη μεταφορά θερμότητας από στρώμα σε στρώμα και ο χρόνος έναρξης των μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια της ημέρας καθυστερεί κάθε 10 cm κατά περίπου 3 ώρες. Αν στην επιφάνεια υψηλότερη θερμοκρασίαήταν περίπου 13 ώρες, σε βάθος 10 cm η μέγιστη θερμοκρασία θα έρθει σε περίπου 16 και σε βάθος 20 cm - περίπου 19 ώρες κ.λπ.
Με τη διαδοχική θέρμανση των υποκείμενων στρωμάτων από τα υπερκείμενα, κάθε στρώμα απορροφά μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας. Όσο πιο βαθιά είναι το στρώμα, τόσο λιγότερη θερμότητα δέχεται και τόσο πιο αδύναμες είναι οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας σε αυτό. Τα πλάτη των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας μειώνονται με το βάθος κατά συντελεστή 2 για κάθε 15 cm. Αυτό σημαίνει ότι εάν στην επιφάνεια το πλάτος είναι 16°, τότε σε βάθος 15 cm είναι 8° και σε βάθος 30 cm είναι 4°. Ταυτόχρονα, οι περίοδοι των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας παραμένουν αμετάβλητες σε όλα τα βάθη. Κατά μέσο όρο, σε βάθος περίπου 1 m, οι ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εδάφους αμβλύνονται. Το στρώμα στο οποίο πρακτικά σταματούν αυτές οι ταλαντώσεις ονομάζεται στρώμα σταθερή ημερήσια θερμοκρασία.
Όσο μεγαλύτερη είναι η περίοδος της διακύμανσης της θερμοκρασίας, τόσο βαθύτερα εξαπλώνονται αυτές οι διακυμάνσεις. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, το στρώμα σταθερής ετήσιας θερμοκρασίας βρίσκεται σε βάθος 19-20 m, σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη - σε βάθος 25 m. Στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, τα ετήσια πλάτη θερμοκρασίας είναι μικρά και το στρώμα σταθερού ετήσιου πλάτους βρίσκεται σε βάθος μόλις 5-10 μ.
Οι στιγμές έναρξης των μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια του έτους καθυστερούν κατά μέσο όρο 20-30 ημέρες ανά μέτρο. Έτσι, αν η χαμηλότερη θερμοκρασία στην επιφάνεια παρατηρήθηκε τον Ιανουάριο, σε βάθος 2 m εμφανίζεται στις αρχές Μαρτίου.
Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η θερμοκρασία στο στρώμα της σταθερής ετήσιας θερμοκρασίας είναι κοντά στη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα πάνω από την επιφάνεια. Το στρώμα εδάφους που βρίσκεται πάνω από το στρώμα της σταθερής ετήσιας θερμοκρασίας και που βιώνει τις ετήσιες διακυμάνσεις του ονομάζεται ενεργό στρώμα.
Το νερό, έχοντας μεγαλύτερη θερμική ικανότητα και χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το έδαφος, θερμαίνεται πιο αργά και απελευθερώνει θερμότητα πιο αργά. ακτίνες ηλίου, που πέφτουν στην επιφάνεια του νερού, απορροφώνται εν μέρει από το ανώτερο στρώμα νερού και εν μέρει διεισδύουν σε σημαντικό βάθος, θερμαίνοντας άμεσα μέρος του στρώματός του. Η κινητικότητα του νερού το καθιστά δυνατό. μεταφορά θερμότητας. Λόγω της ταραχώδους ανάμειξης του νερού, η μεταφορά θερμότητας σε βάθος συμβαίνει 1000-10.000 φορές ταχύτερα από ό,τι μέσω της αγωγιμότητας της θερμότητας. Όταν τα επιφανειακά στρώματα κρυώνουν, εμφανίζεται θερμική μεταφορά, συνοδευόμενη από ανάμειξη νερού.
Οι ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του Ωκεανού σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη είναι μόνο 0,1°, στα εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - 0,4°, στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη - 0,5°. Το βάθος διείσδυσης αυτών των διακυμάνσεων είναι 15-20 μ. Τα ετήσια πλάτη θερμοκρασίας στην επιφάνεια του Ωκεανού είναι από 2° στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη έως 0,8° στα εύκρατα γεωγραφικά πλάτη. Οι ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας διεισδύουν σε βάθος 200-300 m.
Οι στιγμές των μέγιστων θερμοκρασίας στα υδατικά συστήματα καθυστερούν σε σύγκριση με την ξηρά. Το μέγιστο εμφανίζεται περίπου στις 15-16 ώρες, το ελάχιστο - 2-3 ώρες μετά την ανατολή του ηλίου. Η ετήσια μέγιστη θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ωκεανού στο βόρειο ημισφαίριο πέφτει τον Αύγουστο, η ελάχιστη - τον Φεβρουάριο.

Ημερήσια και ετήσια διακύμανση της θερμοκρασίας του εδάφους

Παρατηρήσεις της θερμοκρασίας και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους σε διάφορα βάθη έχουν πραγματοποιηθεί σε ορισμένους μετεωρολογικούς σταθμούς για περισσότερα από 70-80 χρόνια. Η επεξεργασία αυτών των δεδομένων κατέστησε δυνατό τον καθορισμό προτύπων μεταβολών στη θερμοκρασία του εδάφους κατά τη διάρκεια της ημέρας και του έτους.

Η μεταβολή της θερμοκρασίας του εδάφους κατά τη διάρκεια της ημέρας ονομάζεται ημερήσια μεταβολή.Η ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας έχει συνήθως ένα μέγιστο και ένα ελάχιστο. Η ελάχιστη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους σε καθαρό καιρό παρατηρείται πριν από την ανατολή του ηλίου, όταν το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι ακόμα αρνητικό και η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ αέρα και εδάφους είναι αμελητέα. Με την ανατολή του ηλίου, καθώς αλλάζει το πρόσημο και το μέγεθος του ισοζυγίου ακτινοβολίας, η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους αυξάνεται, ειδικά σε καθαρό καιρό. Η μέγιστη θερμοκρασία παρατηρείται περίπου στις 13:00, στη συνέχεια η θερμοκρασία αρχίζει να μειώνεται, η οποία συνεχίζεται μέχρι την πρωινή ελάχιστη.

Σε ορισμένες ημέρες, η ενδεικνυόμενη ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του εδάφους διαταράσσεται υπό την επίδραση νεφών, βροχοπτώσεων και άλλων παραγόντων. Σε αυτήν την περίπτωση, το μέγιστο και το ελάχιστο μπορούν να μετατοπιστούν σε άλλη στιγμή. Μια καλά καθορισμένη και τακτική ημερήσια διακύμανση παρατηρείται κατά τη διάρκεια της ζεστής περιόδου με καθαρό καιρό.

Η μεταβολή της θερμοκρασίας του εδάφους κατά τη διάρκεια του έτους ονομάζεται ετήσια πορεία.Συνήθως, το γράφημα της ετήσιας πορείας βασίζεται στις μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες του εδάφους. Η ετήσια πορεία της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους καθορίζεται κυρίως από τη διαφορετική άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια του έτους. Οι μέγιστες μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες της επιφάνειας του εδάφους στα εύκρατα γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου παρατηρούνται συνήθως τον Ιούλιο, όταν η εισροή θερμότητας στο έδαφος είναι μεγαλύτερη, και η ελάχιστη - τον Ιανουάριο - Φεβρουάριο.

Η διαφορά μεταξύ του μέγιστου και του ελάχιστου σε ένα ημερήσιο ή ετήσιο μάθημα ονομάζεται εύροςπορεία θερμοκρασίας.

Παράγοντες που επηρεάζουν το πλάτος των ημερήσιων και ετήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του εδάφους

Το πλάτος της ημερήσιας μεταβολής της θερμοκρασίας του εδάφους επηρεάζεται από:

1) εποχή του χρόνου? το καλοκαίρι το πλάτος είναι το μεγαλύτερο, το χειμώνα - το μικρότερο.

2) γεωγραφικό πλάτος. το πλάτος σχετίζεται με το μεσημεριανό ύψος του Ήλιου, το οποίο την ίδια μέρα αυξάνεται προς την κατεύθυνση από τον πόλο προς τον ισημερινό. Επομένως, στις πολικές περιοχές, το πλάτος είναι ασήμαντο και στις τροπικές ερήμους, όπου, επιπλέον, η αποτελεσματική ακτινοβολία είναι υψηλή, φτάνει τους 50-60 ° C.

3) έδαφος? Σε σύγκριση με την πεδιάδα, οι νότιες πλαγιές θερμαίνονται πιο έντονα, οι βόρειες είναι πιο αδύναμες και οι δυτικές είναι κάπως ισχυρότερες από τις ανατολικές. το πλάτος επίσης αλλάζει ανάλογα.

4) βλάστηση και χιονοκάλυψη. το εύρος του ημερήσιου κύκλου κάτω από αυτά τα καλύμματα είναι μικρότερο από ό,τι στην απουσία τους.

5) θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα του εδάφους. το πλάτος σχετίζεται αντιστρόφως με τη θερμοχωρητικότητα και τη θερμική αγωγιμότητα.

6) το χρώμα του εδάφους. το πλάτος της ημερήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας των σκοτεινών εδαφών είναι μεγαλύτερο από αυτό των ανοιχτόχρωμων εδαφών, καθώς η απορρόφηση της ακτινοβολίας και η εκπομπή της από τις σκοτεινές επιφάνειες είναι μεγαλύτερη από εκείνη των ανοιχτόχρωμων. οι επιφάνειες των ξηρών και χαλαρών εδαφών έχουν μεγαλύτερο πλάτος από τις επιφάνειες των υγρών και πυκνών εδαφών.

7) συννεφιά: σε συννεφιασμένο καιρό, το πλάτος είναι πολύ μικρότερο από ό,τι σε καθαρό καιρό.

Το πλάτος της ετήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους επηρεάζεται από τους ίδιους παράγοντες με το πλάτος της ημερήσιας διακύμανσης, εκτός από την εποχή του έτους. Το πλάτος της ετήσιας διακύμανσης, σε αντίθεση με την ημερήσια διακύμανση, αυξάνεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους. Στην ισημερινή ζώνη, είναι κατά μέσο όρο 2-3 ° C και στις πολικές περιοχές των ηπείρων υπερβαίνει τους 70 ° C (Γιακουτία).

Το πλάτος της ετήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του γυμνού εδάφους είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό της επιφάνειας που καλύπτεται με βλάστηση ή χιόνι.

Μοτίβα διάδοσης θερμότητας στο έδαφος

Οι καθημερινές και ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους λόγω θερμικής αγωγιμότητας μεταδίδονται στα βαθύτερα στρώματά του. Το στρώμα εδάφους στο οποίο παρατηρούνται οι ημερήσιες και ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ονομάζεται ενεργό στρώμα.Η διάδοση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας βαθιά μέσα στο έδαφος (με ομοιογενή σύνθεση εδάφους) συμβαίνει σύμφωνα με τους ακόλουθους νόμους Fourier.

1. Περίοδος ταλάντωσης ΜεΤο βάθος δεν αλλάζει, δηλαδή, τόσο στην επιφάνεια του εδάφους όσο και σε όλα τα βάθη, το διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών ελάχιστων ή μέγιστων θερμοκρασίας είναι 24 ώρες στην ημερήσια πορεία και 12 μήνες στην ετήσια πορεία.

2. Εάν το βάθος αυξάνεται σε μια αριθμητική πρόοδο, τότε το πλάτος μειώνεται εκθετικά, δηλαδή, με την αύξηση του βάθους, το πλάτος μειώνεται γρήγορα.

Το στρώμα εδάφους στο οποίο η θερμοκρασία δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια της ημέρας ονομάζεται στρώμα σταθερής ημερήσιας θερμοκρασίας.

Καθεστώς θερμοκρασίας εδάφους __67

Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, αυτό το στρώμα αρχίζει σε βάθος 70-100 cm. Στρώμα σταθερής ετήσιας θερμοκρασίαςστα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, βρίσκεται βαθύτερα από 15-20 m.

3. Οι μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες στα βάθη εμφανίζονται αργότερα από ό,τι στην επιφάνεια του εδάφους (Πίνακας 15). Αυτή η καθυστέρηση είναι ευθέως ανάλογη με το βάθος. Τα ημερήσια μέγιστα και ελάχιστα καθυστερούν για κάθε 10 cm βάθους κατά μέσο όρο 2,5-3,5 ώρες και τα ετήσια για κάθε μέτρο βάθους καθυστερούν κατά 20-30 ημέρες.

Πίνακας 15

Μέσος χρόνος έναρξης των μεγίστων και ελάχιστων στην ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας του εδάφους (Ιούνιος)

Βάθος, cm	Ελάχιστο, h min	Μέγιστο, h min	Πλάτος "διακυμάνσεις θερμοκρασίας, ° С
Nukus (κοντά Θάλασσα της Αράλης, έρημος)
Λένινγκραντ

Οι παραπάνω νόμοι Fourier απεικονίζονται με γραφήματα των ημερήσιων (Εικ. 12) και των ετήσιων (Εικ. 13) διακυμάνσεων της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους και της θερμοκρασίας σε διάφορα βάθη. Αυτά τα σχήματα δείχνουν ξεκάθαρα μια μείωση του πλάτους με το βάθος, μια καθυστέρηση στον χρόνο έναρξης των μεγίστων και ελάχιστων με την αύξηση του βάθους και την ανεξαρτησία της περιόδου των ταλαντώσεων από το βάθος.

Σύμφωνα με τους θεωρητικούς υπολογισμούς του Fourier, το βάθος στο οποίο εκδηλώνεται η ετήσια μεταβολή της θερμοκρασίας του εδάφους θα πρέπει να είναι περίπου 19 φορές μεγαλύτερο από το βάθος εκδήλωσης των ημερήσιων διακυμάνσεων. Στην πραγματικότητα, παρατηρούνται σημαντικές αποκλίσεις από τους θεωρητικούς υπολογισμούς και σε πολλές περιπτώσεις το βάθος διείσδυσης των ετήσιων διακυμάνσεων αποδεικνύεται μεγαλύτερο από το υπολογιζόμενο. Αυτό οφείλεται στη διαφορά στην υγρασία του εδάφους κατά βάθος και χρόνο, αλλαγές στη θερμική διάχυση του εδάφους με το βάθος και σε άλλους λόγους. 68

Στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη, το βάθος διείσδυσης της ετήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας του εδάφους είναι κατά μέσο όρο 25 m, στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη - 15-20 m, στα νότια - περίπου 10 m.

Το καθεστώς θερμοκρασίας του εδάφους

Ρύζι. 12. Ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας του εδάφους τον Ιούνιο στην Τιφλίδα.

Οι αριθμοί κοντά στις καμπύλες είναι το βάθος σε μέτρα.

// /// IV - V VIUGVIIIΠΡΟΣ ΤΗΝ-"Χ XI XII

Ρύζι. 13. Ετήσια πορεία της μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας του εδάφους με φυσική επιφάνεια στην Τιφλίδα. Οι αριθμοί κοντά στις καμπύλες είναι το βάθος σε μέτρα.

Θερμικά ισόπλατα

Υλικά μακροχρόνιων παρατηρήσεων της θερμοκρασίας του εδάφους σε διάφορα βάθη μπορούν να παρουσιαστούν γραφικά (Εικ. 14). Αυτό το γράφημα συνδέει τη θερμοκρασία του εδάφους, το βάθος και τον χρόνο. Για τη δημιουργία ενός γραφήματος, τα βάθη σχεδιάζονται στον κατακόρυφο άξονα και ο χρόνος (συνήθως μήνες) απεικονίζεται στην οριζόντια. Η μέση μηνιαία θερμοκρασία εδάφους σε διαφορετικά βάθη απεικονίζεται στο γράφημα. Τότε σημεία με την ίδια θερμοκρασία συνδέονται με ομαλές γραμμές, οι οποίες ονομάζονται θερμικά ισόπλατα.Τα θερμικά ισόπλατα παρέχουν μια οπτική αναπαράσταση της θερμοκρασίας του ενεργού στρώματος εδάφους σε οποιοδήποτε βάθος κάθε μήνα. Τέτοια γραφήματα χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό του βάθους της

η εμφάνιση κρίσιμων θερμοκρασιών που βλάπτουν το ριζικό σύστημα των οπωροφόρων δέντρων.

"/ III V"ΗΝΩΜΕΝΑ ΕΘΝΗIX XI -1

Ρύζι. 14. Ισόπλατες θερμοκρασίας εδάφους (Τιφλίδα).

Αυτά τα γραφήματα χρησιμοποιούνται επίσης σε επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας, στη βιομηχανική και οδοποιία, καθώς και στην αποκατάσταση γης.

Το πάχος της παγωμένης στρώσης πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την τοποθέτηση αποχετεύσεων σε περιοχές αποκατάστασης.

Η μεταβολή της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους κατά τη διάρκεια της ημέρας ονομάζεται ημερήσια διακύμανση. Η ημερήσια πορεία της επιφάνειας του εδάφους, κατά μέσο όρο σε πολλές ημέρες, είναι περιοδικές διακυμάνσεις με ένα μέγιστο και ένα ελάχιστο.

Το ελάχιστο παρατηρείται πριν από την ανατολή του ηλίου, όταν το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι αρνητικό και η ανταλλαγή θερμότητας χωρίς ακτινοβολία μεταξύ της επιφάνειας και των παρακείμενων στρωμάτων εδάφους και αέρα είναι αμελητέα.

Καθώς ο ήλιος ανατέλλει, η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους ανεβαίνει και φτάνει στο μέγιστο γύρω στις 13:00. Τότε αρχίζει η μείωσή του, αν και το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι ακόμα θετικό. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι μετά τις 13:00, η ​​μεταφορά θερμότητας από την επιφάνεια του εδάφους στον αέρα αυξάνεται λόγω αναταράξεων και εξάτμισης.

Η διαφορά μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης θερμοκρασίας του εδάφους ανά ημέρα ονομάζεται πλάτος καθημερινό μάθημα.Επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες:

1. Εποχή του χρόνου. Το καλοκαίρι, το πλάτος είναι μεγαλύτερο, και το χειμώνα είναι το μικρότερο.

2. Γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Δεδομένου ότι το πλάτος σχετίζεται με το ύψος του ήλιου, μειώνεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους του τόπου.

3. Συννεφιά. Σε συννεφιασμένο καιρό, το πλάτος είναι μικρότερο.

4. Θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα του εδάφους. Το πλάτος σχετίζεται αντιστρόφως με τη θερμοχωρητικότητα του εδάφους. Για παράδειγμα, ένας βράχος από γρανίτη έχει καλή θερμική αγωγιμότητα και η θερμότητα μεταφέρεται καλά βαθιά μέσα του. Ως αποτέλεσμα, το εύρος των ημερήσιων διακυμάνσεων της επιφάνειας του γρανίτη είναι μικρό. Το αμμώδες έδαφος έχει χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τον γρανίτη, επομένως το πλάτος της μεταβολής της θερμοκρασίας της αμμώδους επιφάνειας είναι περίπου 1,5 φορές μεγαλύτερο από αυτό του γρανίτη.

5. Χρώμα εδάφους. Το πλάτος των σκούρων εδαφών είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό των ανοιχτόχρωμων εδαφών, καθώς η ικανότητα απορρόφησης και εκπομπής των σκούρων εδαφών είναι μεγαλύτερη.

6. Βλάστηση και χιονοκάλυψη. Η βλάστηση μειώνει το πλάτος, καθώς εμποδίζει τη θέρμανση του εδάφους από τις ακτίνες του ήλιου. Το πλάτος δεν είναι πολύ μεγάλο ακόμη και με χιονοκάλυψη, καθώς λόγω του μεγάλου albedo, η επιφάνεια του χιονιού θερμαίνεται ελάχιστα.

7. Έκθεση πρανών. Οι νότιες πλαγιές των λόφων θερμαίνονται πιο έντονα από τις βόρειες και οι δυτικές περισσότερο από τις ανατολικές, επομένως το πλάτος της νότιας και της δυτικής επιφάνειας των λόφων είναι μεγαλύτερο.

Ετήσια μεταβολή της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους

Η ετήσια διακύμανση, όπως και η ημερήσια, σχετίζεται με την εισροή και εκροή θερμότητας και καθορίζεται κυρίως από παράγοντες ακτινοβολίας. Ο πιο βολικός τρόπος για να ακολουθήσετε αυτή την πορεία είναι οι μέσες μηνιαίες τιμές της θερμοκρασίας του εδάφους.

Στο βόρειο ημισφαίριο, οι μέγιστες μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες στην επιφάνεια του εδάφους παρατηρούνται τον Ιούλιο-Αύγουστο και οι ελάχιστες - τον Ιανουάριο-Φεβρουάριο.

Η διαφορά μεταξύ της υψηλότερης και της χαμηλότερης μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας για ένα έτος ονομάζεται πλάτος της ετήσιας διακύμανσης της θερμοκρασίας του εδάφους. Εξαρτάται στο μέγιστο βαθμό από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου: στα πολικά γεωγραφικά πλάτη, το πλάτος είναι μεγαλύτερο.

Οι καθημερινές και ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους εξαπλώνονται σταδιακά στα βαθύτερα στρώματά του. Το στρώμα εδάφους ή νερού που παρουσιάζει καθημερινές και ετήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ονομάζεται ενεργός.

Η διάδοση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας βαθιά στο έδαφος περιγράφεται από τρεις νόμους Fourier:

Το πρώτο από αυτά λέει ότι η περίοδος των ταλαντώσεων δεν αλλάζει με το βάθος.

Το δεύτερο υποδηλώνει ότι το πλάτος των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του εδάφους μειώνεται εκθετικά με το βάθος.

Ο τρίτος νόμος του Fourier ορίζει ότι οι μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες στα βάθη εμφανίζονται αργότερα από ό,τι στην επιφάνεια του εδάφους και η καθυστέρηση είναι ευθέως ανάλογη με το βάθος.

Το στρώμα εδάφους στο οποίο η θερμοκρασία παραμένει σταθερή όλη την ημέρα ονομάζεται στρώμα σταθερής ημερήσιας θερμοκρασίας(κάτω από 70 - 100 cm). Το στρώμα εδάφους στο οποίο η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους ονομάζεται σταθερό στρώμα. ετήσια θερμοκρασία. Αυτό το στρώμα ξεκινά από βάθος 15-30 m.

Σε μεγάλα και εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, υπάρχουν τεράστιες περιοχές όπου τα στρώματα του εδάφους παραμένουν παγωμένα για πολλά χρόνια χωρίς να ξεπαγώνουν το καλοκαίρι. Αυτά τα στρώματα ονομάζονται αιώνιοςμόνιμος παγετός.

Το μόνιμο πάγο μπορεί να εμφανιστεί τόσο ως συνεχές στρώμα όσο και ως ξεχωριστά στρώματα, διάσπαρτα με αποψυγμένο χώμα. Το πάχος του στρώματος του μόνιμου παγετού κυμαίνεται από 1-2 m έως αρκετές εκατοντάδες μ. Για παράδειγμα, στη Γιακουτία, το πάχος του μόνιμου παγετού είναι 145 m, στην Transbaikalia - περίπου 70 m.

Θέρμανση και ψύξη υδάτινων σωμάτων

Το επιφανειακό στρώμα του νερού, όπως και το έδαφος, απορροφά καλά την υπέρυθρη ακτινοβολία: οι συνθήκες για την απορρόφηση και την ανάκλασή της από το νερό και το έδαφος διαφέρουν ελάχιστα. Ένα άλλο πράγμα είναι η ακτινοβολία βραχέων κυμάτων.

Το νερό, σε αντίθεση με το έδαφος, είναι ένα διαφανές σώμα γι 'αυτό. Επομένως, η θέρμανση με ακτινοβολία του νερού συμβαίνει στο πάχος του.

Οι σημαντικές διαφορές στο θερμικό καθεστώς του νερού και του εδάφους προκαλούνται από τους ακόλουθους λόγους:

Η θερμική ικανότητα του νερού είναι 3-4 φορές μεγαλύτερη από τη θερμική αγωγιμότητα του εδάφους. Με την ίδια είσοδο ή έξοδο θερμότητας, η θερμοκρασία του νερού αλλάζει λιγότερο.

Τα σωματίδια του νερού έχουν μεγαλύτερη κινητικότητα, επομένως, στα υδάτινα σώματα, η μεταφορά θερμότητας προς το εσωτερικό δεν συμβαίνει μέσω μοριακής αγωγιμότητας θερμότητας, αλλά λόγω αναταράξεων. Η ψύξη του νερού τη νύχτα και την κρύα εποχή συμβαίνει γρηγορότερα από τη θέρμανσή του κατά τη διάρκεια της ημέρας και το καλοκαίρι, και τα πλάτη των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του νερού, καθώς και των ετήσιων, είναι μικρά.

Το βάθος διείσδυσης των ετήσιων διακυμάνσεων στα υδατικά συστήματα είναι 200–400 m.